淺談 ISS固化劑的原理及特點

滕維民,李明宇

(通河縣公路管理站)

1 ISS固化劑的作用機理

ISS固化劑全稱為電離子土壤強化劑(Ionic Soil Stabilizer),是一種有多個強離子組合而成的水溶劑。該劑是一種復(fù)合的化學(xué)配方,其中含有活性成分的磺化油,由植物油或魚油與硫酸作用,再經(jīng)中和而得。

磺化油是一種陰離子型表面活性劑,它由一磺基(-SO3H)和烴基(R-H)的碳原子直接相連而成的有機物(RSO3H)磺酸的“親水頭”與一由碳及氫的原子組成的“疏水尾”所構(gòu)成。

“親水頭”可完全溶解于水,或與水相混溶,但是不溶解于大部分的非極性的有機溶劑。當(dāng)磺化油在水中擴散時,“親水頭”這部分的分子則產(chǎn)生離解作用,并產(chǎn)生一個離子SO2-3。通過硫原子,SO2-3與另一部分—“疏水尾”相連結(jié)?！笆杷病蓖耆蝗苡?或混溶于)水,卻具有親液的特性,并能與油以及非極性溶劑相混溶。這樣,ISS中的“親水頭”與“疏水尾”的“二元性”,與粘土等土壤相拌和后就能除去其泥質(zhì)礦物的水分并使其 ISS與土壤的質(zhì)點之間產(chǎn)生永久的結(jié)合固化。這種固化主要依靠ISS“親水頭”與粘土質(zhì)點表面(平面的和外部的)所形成的化學(xué)鏈。

(2)ISS侵占在粘土表面上空出的離子位置;

(3)ISS的“親水頭”,在一很薄層的“因濕土所衍生的水”中溶解,并吸附在粘土泥質(zhì)礦物的表面。

由此產(chǎn)生如下結(jié)果。

(1)原本是很機動的陽離子,現(xiàn)在已固定在它們的位置上。這是由于 ISS的分子“封閉”所致,它可以防止離子與水形成媒合復(fù)體;

(2)一旦 ISS的分子與粘土質(zhì)點結(jié)合,“疏水尾”則從平面表面脫離而形成一保護(hù)油層圍繞著粘土(包括在內(nèi)部層之表面上)。自然水將被“疏水尾”擠出,其擠出的力量相當(dāng)于未經(jīng) ISS處理的粘土需要 42MPa以上的機械壓力的效果。換句話說,經(jīng)ISS處理的粘土之壓實可藉助最小機械力即達(dá)到粘土質(zhì)點結(jié)合的相當(dāng)密實目的。

正是由于 ISS為一種帶高密電荷的磺化油樹脂,是一種電解質(zhì),能溶于水,在水中離解出帶正電荷的陽離子[X]n+和帶負(fù)電荷的陰離子[Y]n-,離解出來的陽離子與土壤膠體顆粒表面的陽離子[M]n+產(chǎn)生交換作用,趕走吸附在土壤膠體表面的、非常容易親水的陽離子,取而代之的是親水性較低、粘結(jié)力較強的鋁離子及其水化合物。而 ISS本身只是一種催化劑,與土壤反應(yīng)前、后,其化學(xué)性質(zhì)亦未改變,其量也未減少。因此,在土壤中只要有ISS存在,在外部壓力作用下,會具有結(jié)晶作用,土壤就會變得越來越密實,越來越堅硬,越來越巖石化。

2 ISS固化土的功能及特點

通過課題調(diào)研,根據(jù)澳大利亞生產(chǎn)廠家提供的資料,ISS固化土的主要功能和特點如下:

(1)用于固化粘土,可以提高路基的強度,也可以用作底基層、基層材料;

(2)適用于 ISS的土壤:塑性指數(shù) 6～30,粘土顆粒含量10%以上;

(3)ISS固化土施工后 1～2 a可達(dá)到最佳固化效果;

(4)ISS固化土既非絕對剛性材料,又非絕對柔性材料,而是介于二者之間,具有韌性材料的特征,這一點與其他固化劑有所不同;

(5)ISS土隨著時間的增長,逐漸固化,形成類似于巖石的結(jié)構(gòu),使水分不易侵入,從而提高穩(wěn)定性、耐久性和抗凍性;

(6)將ISS固化劑用水稀釋后,直接噴灑在舊砂石路表面,或?qū)⒙繁矸_后噴灑、拌和、碾壓,可用作路面,能夠減少沙塵,降低砂石路的養(yǎng)護(hù)費用;

(7)ISS固化土施工后 2 h即可開放交通,必要時可進(jìn)行少量灑水養(yǎng)生,以防表面開裂;

(8)ISS固化土施工時不需要專用機械,常規(guī)路用設(shè)備即可滿足要求。

3 中路固化土的功能及特點

根據(jù)廠家提供的資料,中路固化劑的功能與ISS固化劑的功能相似,都能顯著提高土體的強度。與ISS固化劑原理的不同之處在于,該固化劑是一種高分子有機物,呈液態(tài),深褐色,pH值為小于 1.0,密度為 1.3～1.35 g/cm3。該材料能將土壤中的礦物質(zhì)和土壤的分子分解,使其重新結(jié)晶,形成新的化學(xué)鏈,其材料無毒、無害,防火、防爆,對人類、動物、植物及環(huán)境均無污染。中路固化劑在使用時必須摻加 4%～8%的石灰或水泥,用以提高土體的水穩(wěn)定性。

根據(jù)廠家提供的資料,中路固化劑的功能與ISS固化劑的功能相似,都能顯著提高土體的強度。與ISS固化劑原理的不同之處在于,該固化劑是一種高分子有機物,呈液態(tài),深褐色,pH值為小于 1.0,密度為 1.3～1.35 g/cm3。該材料能將土壤中的礦物質(zhì)和土壤的分子分解,使其重新結(jié)晶,形成新的化學(xué)鏈,其材料無毒、無害,防火、防爆,對人類、動物、植物及環(huán)境均無污染。中路固化劑在使用時必須摻加 4%～8%的石灰或水泥,用以提高土體的水穩(wěn)定性。